基于储能单元的微网稳定控制器研究与开发

摘要

近年来，随着能源和环境问题的日益严峻，以风力发电和光伏发电为代表的可再生能源发电技术得到了国家政策的大力支持。作为可再生能源利用的重要形式，微网技术受到广泛关注。微网能抑制可再生能源大规模并网发电对主网造成的不利影响，提高供电可靠性及改善电能质量等等，其运行方式灵活，对外特性可控，能高效利用可再生能源，微网的研究与推广应用具有重要的实际意义。 微网的运行模式有并网运行和孤网运行两种，其可靠，稳定运行及运行模式的切换需要储能装置的支持。在微网并网运行时，储能装置可补偿可再生能源的功率波动从而使微网与主网的功率交换可控;在微网孤网运行时，储能装置用于支撑整个电网的电压，保证微网的电压和频率在合理范围。可见，储能装置是微网的核心部件，其研究与开发是构建微网的基础性工作。鉴于其在微网稳定运行中发挥的重要作用，本文称之为微网稳定控制器。 本文首先分析比较了微网稳定控制器可能的拓扑结构，根据其实际运行工况，最终确定了合理的微网稳定控制器的主电路结构。基于该电路结构，设计了其主要元件的参数，包括变压器、LCL滤波器、开关器件、直流母排电容及锂电池储能系统的关键参数的选择。然后根据实际中微网稳定控制器要实现的功能，基于DSP设计了其控制系统，包括DSP板、互感器板、信号调理板、驱动板、继电板、触摸屏及后台监控系统。将主电路，控制系统及驱动电路等相连接构成微网稳定控制器原理样机，并在此基础上研究了其并网锁相技术，对其进行了功能测试。最后研究分析了异步风机接入微网时，线路阻抗、微网稳定控制器容量及控制策略等因素对微网电压稳定的影响，并对其进行了仿真和实验验证。

目录

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摘要

第1章 绪论

1．1 微网的研究现状

1．1．1 微网概述

1．1．2 北美的微网研究

1．1．3 欧盟的微网研究

1．1．4 日本的微网研究

1．2 储能技术的研究现状

1．3 储能技术在微网中的应用

1．4 本课题的主要研究内容

第2章 微网稳定控制器主电路设计

2．1 微网稳定控制器拓扑分析

2．1．1 单相半桥与全桥电压源型整流器拓扑

2．1．2 三相半桥与全桥电压源型整流器拓扑

2．1．3 三相三电平电压源型整流器拓扑

2．2 微网稳定控制器主电路参数设计

2．2．1 变压器变比选择

2．2．2 LCL滤波器设计

2．2．3 IGBT参数选取

2．2．4 直流侧电容值选取

2．2．5 锂电池储能系统参数选取

2．3 本章小结

第3章 微网稳定控制器控制系统设计

3．1 微网稳定控制器的控制系统介绍

3．2 微网稳定控制器采样系统软件设计

3．2．1 过采样算法的数学原理

3．2．2 过采样算法在DSP中的实现

3．3 微网稳定控制器并网锁相技术研究

3．3．1 普通闭环三相锁相方法

3．3．2 带前馈的闭环三相锁相方法

3．3．3 基于延迟取消技术的三相锁相方法

3．4 微网稳定控制器功能性测试

3．4．1 孤网运行带负载测试

3．4．2 并网运行充放电测试

3．5 本章小结

第4章 异步风机接入微网电压稳定研究

4．1 微网电压稳定影响因素分析

4．1．1 微网稳定控制器的电压调节特性的影响

4．1．2 微网稳定控制器的容量对电压稳定的影响

4．1．3 线路阻抗对电压稳定的影响

4．2 微网电压稳定仿真分析

4．2．1 控制策略对电压稳定的影响仿真

4．2．2 微网稳定控制器的容量对电压稳定的影响仿真

4．2．3 线路阻抗对电压稳定的影响仿真

4．3 风机并网及停运实验

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

攻读硕士学位期间参加的科研工作

致谢

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